环锭纺给湿假捻装置改善低捻棉纱性能的研究
时间：2023-01-25 17:15:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
房文鹏 郭明瑞 高卫东
（江南大学，江苏无锡，214122）
低捻纱线结构蓬松、残余扭矩小，其针织物手感柔软，吸湿性好［1-2］。同时，纺制低捻纱线的生产效率高，有利于节能降耗。然而纺制低捻环锭纱时，因纱线强力不足易出现断头，低捻纱较差的强力同样会影响后道织造工序。在纺纱段施加假捻可以提高纱线的动态强力，减少成纱过程中的纱线断头，在纺制低捻纱线时有良好的应用［3］。另外，假捻可以提高纺纱段纱线捻度，减小纺纱三角区，促进纤维在纱体内外转移，增加纤维间抱合力，提高纱线性能［4］。环锭纺的假捻装置主要有摩擦盘式假捻装置、胶圈式假捻装置以及单摩擦带式假捻器等［5］。摩擦盘式假捻装置是目前使用较多的假捻方式，摩擦盘安装于导纱钩上，利用纱线与旋转的摩擦盘接触产生假捻，装置运转稳定。胶圈式假捻装置由两根交叉的胶圈组成，运行时纱线被交叉胶圈握持住，胶圈旋转带动纱线产生假捻，对纱线拥有较好的握持力，可准确控制假捻程度［6］。单摩擦带式假捻器需在前罗拉与导纱钩之间安装横向运动假捻带，利用纱线与假捻带之间的摩擦产生假捻，其装置简单，安装方便，并且易于接头［7-8］。此外，在环锭纺细纱机上加装接触式给液装置，通过对纺纱段纱线给湿来贴伏毛羽，可以大幅度降低纱线有害毛羽，有效提高纱线品质［9］。
本研究在环锭纺细纱机上安装单摩擦带式假捻装置和雾化给湿装置，探究雾化给湿与假捻协同作用对环锭纺纯棉低捻纱性能改善效果，通过在一定给湿量的条件下，优选不同表面摩擦性能的假捻带，分析假捻带运行速度与纺纱速度的相对关系对成纱性能的影响，以及给湿假捻纺对不同捻系数纯棉低捻纱的品种适应性。
1.1 给湿假捻纺原理
经过分析对比几种假捻方式的优缺点，综合考虑假捻效率和装置复杂度，以单摩擦带式假捻装置为研究对象作进一步改进。
单摩擦带式假捻装置通过在前罗拉和导纱钩之间加装一条可以横向运动的假捻带，使竖直运动的纱线与横向运动的假捻带之间产生摩擦，摩擦力矩迫使纱线绕其轴线产生与加捻方向一致的旋转［10］，使得假捻带上方纺纱段纱线的捻度增加，而假捻带下方反向捻度的引入，使得假捻带与导纱钩之间的纺纱段纱线捻度降低［11］。
给湿假捻纺装置见图1。假捻的本质是纱线捻度的转移，对于安装单摩擦带式假捻装置的纺纱机，纺纱过程中不同片段纱线的捻度分布见图1（a），从前罗拉到假捻带的A区为高捻段，从假捻带到导纱钩的B区为低捻段，C区是位于导纱钩和钢丝圈之间的气圈段，导纱钩对纱线的摩擦阻力产生捻陷作用，使得气圈段纱线捻度高于纺纱段［12］。假捻与捻陷的共同作用使得B区捻度降低，在此区域加装单锭雾化给湿装置，通过雾化给湿贴伏B区纱线毛羽，之后纱线经过导纱钩，利用纱线捻度的升高将贴伏的毛羽卷入纱线内部，从而降低纱线毛羽。
图1 给湿假捻原理和装置
1.2 给湿假捻纺装置
在环锭细纱机前罗拉与导纱钩之间安装假捻带和单锭雾化给湿装置［见图1（b）］，假捻带与前罗拉平行，通过调节假捻带线速度来改变假捻带的作用效果，本研究将假捻带线速度与前罗拉线速度的比值定义为速比。假捻带由固定于细纱机一侧的伺服电机提供动力，通过调整伺服电机转速可改变假捻带线速度。雾化给湿装置由水平放置的供水管道和固定于管道上的超声波雾化装置组成，供水管道装置位于假捻带与导纱钩之间，管道上方打孔，通过海绵棒为超声波雾化装置稳定供水，超声波雾化装置将管道内的水转化成水雾并吹向纺纱段纱线。在正常纺纱过程中，纺纱段纱线和横向移动的假捻带摩擦产生假捻，之后纱线通过雾化装置产生的水雾区，经导纱钩和钢丝圈被卷绕到纱管上。
2.1 纺纱工艺
使用加装假捻装置与雾化装置的FA507B型细纱机进行纺纱试验，采用普梳棉粗纱，定量4.8 g/10 m，细纱线密度14.6 tex，总牵伸32.8倍，后区牵伸1.19倍，细纱锭速12 000 r/min。制定了3组试验方案，试验方案1研究假捻带材质对纱线性能的影响，方案2研究速比对纱线毛羽性能影响，方案3研究给湿假捻装置对不同捻系数纱线性能影响。具体试验方案见表1至表3，每个品种纺制5管纱用于纱线性能测试。其中，为考察不同速比下管纱络筒后毛羽变化，试验方案2中不同速比下的各纱线另外纺5管用于络筒后毛羽测试。使用I-SPERO型自动络筒机对不同速比下纺制纱线进行络筒，络筒速度为500 m/min。
表1 试验方案1
表2 试验方案2
表3 试验方案3
在一落纱过程中，由于导纱钩升降，雾化给湿喷头与纱线间距离约在6 mm～9 mm变动，圆锥形喷雾区域中距离喷头6 mm左右的圆形截面直径约为5 mm，纺纱段纱线一直处于雾化中心区域，单锭耗水量为30 mL/h。
2.2 性能测试
测试前纱线需先在温度（20±2.0）℃、相对湿度（65.0±2.0）%的恒温恒湿箱中静置24 h。
强力测试：使用YG068C型全自动单纱强力仪，测试长度500 mm，拉伸速度500 mm/min，每个试样测试50次，取平均值。
毛羽测试：使用YG173A型纱线毛羽测试仪，测试速度30 m/min，每次测试100 m，每管测试5次，取平均值。
条干均匀度测试：使用USTER TESTER-5型全自动纱线条干均匀度仪，测试速度400 m/min，测试长度100 m，每管测试5次，取平均值。
3.1 假捻带表面摩擦性能对纱线性能的影响
3.1.1 假捻带外观形态与摩擦性能
对于单摩擦带式假捻装置，假捻带的表面摩擦性能会直接影响到纱线的假捻效率，进而影响成纱质量，优选假捻带材质可以进一步提高假捻纱线的性能。参考前人经验和文献，分别选用直径6 mm聚氨酯材质和硅胶材质的圆形假捻带进行对比，3种假捻带外观形态见图2，图中由上至下依次为硅胶材质假捻带、粗糙面聚氨酯假捻带、光滑面聚氨酯假捻带。
图2 3种假捻带的外观形态
为了探究假捻带与纯棉纱线之间摩擦因数大小，采用图3中的装置，将假捻带以一定的张力固定，使用纯棉股线放置在假捻带上方，股线的两端各挂5 g砝码作为起始，一端保持起始质量，另一端以1 g为梯度不断增加砝码质量，直至股线与假捻带之间出现滑动。硅胶假捻带、粗糙面聚氨酯假捻带、光滑面聚氨酯假捻带所需的砝码质量分别为41 g、22 g、20 g，表明硅胶假捻带与纯棉股线之间的摩擦因数较大。
图3 假捻带摩擦性能表征装置
3.1.2 成纱质量
按照试验方案1，在速比为1.0时，分别使用直径为6 mm的3种假捻带纺制捻系数300的纯棉纱，并测试纱线性能，测试结果如表4所示，S1+2为1 mm与2 mm毛 羽 根 数 之 和，S3为3 mm及 以上毛羽根数之和。硅胶材质假捻带所纺纱线强力和毛羽性能均优于聚氨酯假捻带和无假捻装置的普通环锭纺。两种表面粗糙度的聚氨酯假捻带均能减少长毛羽，而粗糙面聚氨酯假捻带由于表面粗糙程度高，导致成纱短毛羽增多。相比于聚氨酯材料，硅胶表面独特的硅羟基结构具有强吸附性能，同时表面丰富微孔和高比表面积也提高了其与纱线之间的摩擦因数，可以进一步提高假捻效率，减少纱线的毛羽，并提高纱线强度。
假捻带类型无假捻装置粗糙面聚氨酯光滑面聚氨酯硅胶断裂强度/（cN·tex-1）14.37 14.56 15.03 15.91断裂伸长率/%4.70 4.99 5.02 5.09毛羽数/［根·（100 m）-1］S1+2 10 826 11 463 10 313 8 890 S3 791 698 631 529
3.2 速比对纱线性能的影响
3.2.1 管纱毛羽
从理论分析可知，假捻带速度与纱线速度的比值，即速比对纱线假捻程度影响显著，不同的速比将得到不同的捻度分布和加捻三角区大小。表5为试验方案2中普通纺纱、不同速比下假捻纺纱与给湿假捻纺纱毛羽测试结果对比。由表5可知，对于14.6 tex假捻纱线来说，速比在0.5、1.0、1.5时，与普通纱相比假捻纱S3毛羽分别降低了23.3%、33.1%、30.3%，给湿假捻纱S3毛羽分别降低了32.2%、49.2%、42.0%，给湿改善了假捻纺纱线的毛羽。速比为1.0时给湿假捻纱线毛羽数较速比0.5时降幅明显，当速比增加到1.5时，纱线的毛羽数较速比1.0时增加。
纱线类型普通纱假捻纱假捻纱假捻纱给湿假捻纱给湿假捻纱给湿假捻纱速比0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5毛羽数/［根·（100 m）-1］S1+2 10 826 9 340 8 890 9 569 8 612 7 890 8 455 S3 791 607 529 551 536 402 459
3.2.2 络筒后毛羽变化规律
表6为不同速比下假捻纱线和给湿假捻纱线络筒后毛羽对比。由表6可知，速比在0.5、1.0、1.5时，与普通纱线相比，假捻纱线络筒后S3毛羽分别降低了20.7%、27.7%、29.0%，给湿假捻纱线分别降低了28.3%、38.5%、33.2%。络筒后各种纱线毛羽均有明显增长，但给湿假捻纱线络筒后毛羽仍低于普通纱与假捻纱，说明给湿假捻的协同作用可以将毛羽卷入纱体内部。
表6 筒纱毛羽测试结果
在一定范围内，速比的增加使假捻带上方纱线上的有效捻回增多，纺纱三角区得到有效改善，使更多纤维端卷入纱体内。速比超过一定程度后，纱线与假捻带之间打滑和跳动增加，假捻带速度增加难以再次提高假捻带上方纱线捻度，此时纱线毛羽改善效果不太明显。速比通过影响假捻效率进而影响捻度分布，给湿与假捻协同作用利用纺纱段捻度分布差异，对低捻段纱线进行润湿，使毛羽贴伏在纱体表面，后进入高捻气圈段捻入纱体内。综上所述，速比对给湿假捻纺纱线毛羽性能会产生较大影响，速比为1.0时，给湿假捻纺纱线毛羽性能最优。
3.3 给湿假捻对不同捻系数纱线性能影响
3.3.1 纱线毛羽
试验方案3中不同捻系数的普通纱、假捻纱与给湿假捻纱的毛羽测试结果见图4和图5。在纺制捻系数为260的低捻纱时，假捻纺和给湿假捻纺纱线的纺纱生产过程较为稳定，普通环锭纺纱线纺纱断头数量明显较多，故试验方案中纱线捻系数不再减小。由图4和图5可知，对于普通纱，S3毛羽随着捻系数的降低起初增幅缓慢，当捻系数从270降低到260时，S3毛羽出现明显增幅；
对于假捻和给湿假捻纺纱线，S3毛羽随捻系数的降低缓慢增加。给湿假捻纺对纱线毛羽性能的优化效果在各捻系数下均较为明显。
图4 不同捻系数纱线的S1+2毛羽
图5 不同捻系数纱线的S3毛羽
3.3.2 纱线强力
各组纱线的强力测试结果见图6，纱线的断裂强度随捻系数的减小而降低，假捻纺纱线断裂强度高于普通纺纱线，给湿假捻纺纱线的断裂强度最高。与纱线的毛羽性能变化规律相似，普通纺纱线捻系数由270降低到260时，纱线的强力出现较大的恶化，捻系数的降低使纤维间摩擦力和抱合力急剧下降。
图6 不同捻系数纱线的断裂强度
综上所述，普通纱的S3毛羽和强力在捻系数270时出现拐点，而假捻纱和给湿假捻纱的毛羽和强力随捻系数变化呈现小幅度变化，该现象表明假捻改变了纺纱三角区的纺纱张力和捻度分布，增加了纤维在纱线中的转移，进而改善了纱线的性能。同时通过向假捻纺低捻段雾化给湿进一步改善了假捻纱线的毛羽和强力。
3.3.3 纱线条干均匀度
各组纱线的条干均匀度测试结果见图7，同组纱线在不同捻系数时条干CVm值变化较小，且假捻纱和给湿假捻纱的条干CVm差异非常小，但均稍高于普通纱。说明假捻带与纱线之间的摩擦使纱线条干稍微变差，而雾化给湿不能改善假捻纱线的条干。
图7 不同捻系数纱线的条干均匀度
本研究基于单摩擦带式假捻纺技术，通过对假捻带材质进行优选，并针对纺纱段捻度分布规律引入雾化给湿方法，实现给湿假捻协同作用，以纯棉低捻纱为应用目标，探究相关纺纱参数与成纱性能的相关性，得出以下主要结论。
（1）相比于聚氨酯材质，硅胶材质假捻带与纯棉股线之间的摩擦因数更大，使用硅胶材质的假捻带可以提高假捻效率，改善成纱质量。
（2）给湿假捻的效果受速比影响，最优速比为1.0时，与普通纱相比，捻系数300时给湿假捻纺管纱3 mm毛羽降低49.2%，经络筒后毛羽降低38.5%，给湿假捻对纱线毛羽改善效果明显。
（3）纱线捻系数由270降低到260时，普通环锭纺纱线的毛羽和强力出现较大的恶化，而假捻纱和给湿假捻纱的毛羽和强力随捻系数降低变化幅度不大，捻系数为260时给湿假捻纱的强伸性能与捻系数280时的普通纱相当，说明通过加装雾化给湿假捻装置，可以显著改善低捻纱线性能。
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